近期学习了关于FPGA的按键消抖程序，对于开发板上按键的抖动通常都是由于按键开关为机械弹性开关所导致，当机械触点断开或闭合时，由于弹性作用，按键不会立刻断开或闭合，因而在闭合及断开的瞬间会形成一连串的抖动。这对判断按键按下的次数以及控制作用形成了一系列的干扰，为了保证能够正确的识别按键的触发，就必须对按键进行消抖。
01
按键抖动及消抖程序
话不多说先上图。
就比如上面的波形，前面几段比较短的抖动和后面几段比较短的抖动都是由于机械按键的弹性所造成的。中间那段比较长的波形便是我们按下的一段，为了能够正确的识别到这段波形，便必须将几段抖动的波形滤除掉。
下面便开始介绍消除抖动的程序，并通过按键控制四个LED进行二进制加减法运算。
和以前的定义端口类型一样时钟信号、复位信号和按键控制和led输出。时钟信号连接开发板上的50M晶振端口，复位信号和按键端口也是靠外部按键控制，led端口连接着FPGA的四个LED端口，通过系统内部的信号控制，所以时钟信号clk和复位信号rst和按键控制都定义为input输入类型，led端口定义为output输出类型。
这部分程序便是定义上升沿和下降沿，首先定义一个存储按键信号上一时刻的寄存器(key_r)，用来存储按键上一时刻的状态。
然后定义上升沿(pedge_key)和下降沿(nedge_key)，对其进行定义和描述，第20行，pedge_key = ((!key_r) && key)这行代码是说，当按键的上一时刻为低电平且当前时刻为高电平时，此时为上升沿；nedge_key = (key_r && (!key))这行代码是说，当按键的上一时刻为高电平且当前时刻为低电平时，此时为下降沿。
此处的程序为计数的程序，用于判断按键按下后的时间，因为一般按键按下后最起码会有20ms的延时，这也就是上面的波形正常按下的脉宽要长而抖动的时间却很短，计数持续通过定义的一个使能端(en_cnt)控制，当使能端(en_cnt)为1时开始计数，当使能端为0时停止计数，这部分程序在下面消抖部分会使用到。
这部分便是消抖所用的程序，使用了类似于c语言中的switch  case语句，state为定义的判断按键当前状态的标志位，当state等于0时，判断按键此时是否按下触发下降沿；当系统检测到下降沿后便将state置1然后开始判断按键按下后低电平的持续时间，此时将计数信号的使能端给高电平，让计数程序开始计数，每一个周期(20ns)cnt加1，当计数时间大于20ms时判断为按键有效即停止计数将使能端置0，然后将state置2进行下一轮判断，如果在计数时间还未达到20ms时便检测到了上升沿，即判断为抖动并停止计数和将state置0，重新开始检测；当state置为2时，此时开始判断上升沿，当检测到上升沿之后便将state置3并将计数使能端置1开始计数，如果没有检测到则重复当前程序继续检测上升沿；当state置为3后便开始滤除掉按键松开后的抖动信号，也就是通过计数时间的长短来判断。
到此为止按键消抖的程序基本就写完了，然后就开始写仿真的程序。
首先也是老生常谈的端口定义和引用前面的程序端口并进行连线。
然后就是进行时钟仿真，首先开始让时钟信号置1，然后每隔10ns便让时钟信号clk翻转一次，这便是对50M时钟进行仿真。
这部分便是对按键信号进行仿真，仿真按键按下时的情景，对应的上面那张图的几个抖动和两次实际按下的情景。
02
程序仿真
首先来张全局仿真图。
这是我最后仿真结果，包含了对LED自减运算的仿真。
这是按键识别成功波形的仿真，图中可见state由1到3的变化，一般在state为2时也就是检测到了有效的上升沿后按键便识别成功，此时led自减一个二进制数1'b1，然后计数器停止计数等现象。
对于led自减的程序如下所示。
当state为2时也就是按键检测成功之后，首先判断led自减是否溢出，也就是四个灯是否全亮，如果是则返回重新开始计数，如果没有到顶溢出，则led执行相应的自减。
在这里的key_flag_r是我定义的一个标志位，因为我昨天在这里遇到了一个bug问题，那就是state由2变为3时系统需要执行一个周期，一个周期也就是20ns，如果不用一个标志位限制一下，在这个20ns内，led会持续递减，也就违背了要求不是按键按一下减一次。
标志位的设置为，当led在按键按下自减一次后，标志位置1，然后再加一个限制条件，当标志位为1时led不变化，当state为3时也就是按键过度后再将led的标志位清零。
若不加标志位限制的波形如下所示。
如上图所示，若不加标志位，在state为2时，led会持续递减，直到state为3。
03
实际现象
今天将程序下载进FPGA中观察一下现象。
按键没按一次，led进行一次二进制加法运算，至于为什么程序写的是减法，而现象却是加法，那是因为在FPGA中led一段接的上拉电阻，所以给低电平亮，则此处与程序则相反为加法运算。

以Key4为例，使用定时中断2ms进行消抖，对连续8次（16ms）的按键状态进行判断.

如果全部为1则弹起，将按键当前状态（Keysta）为1；

全部为0则按下，将按键当前状态（Keysta）置0；

其余状态都为抖动，按键当前状态不变。

在主程序里对按键状态进行判断，如果按键当前状态（Keysta）与按键历史状态（backup）不同，则说明按键状态发生变化。程序中是弹起时，按键次数改变，将最新的按键次数送给数码管显示，将按键历史状态更新为当前状态并进行下一次判断。源代码如下：

#include<reg52.h>

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
sbit KEY1 = P2^4;
sbit KEY2 = P2^5;
sbit KEY3 = P2^6;
sbit KEY4 = P2^7;

unsigned char code LedChar[] ={
0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,
0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e
};

bit KeySta = 1;           //位定义

void main()
{
	bit backup = 1;       //定义一个位变量，保存前一次扫描的按键值。
	unsigned char cnt = 0;

	EA = 1;
	ENLED = 0;            //使能U3 选中数码管DS1
	ADDR3 = 1;			
	ADDR2 = 0;
	ADDR1 = 0;
	ADDR0 = 0;
	TMOD = 0x01;          //T0为模式1
	TH0 = 0xf8;           //定时2ms
	TL0 = 0xcd;
	ET0 = 1;
	TR0 = 1;              //启动T0
	P2 = 0xf7;            //P2.3置0，即输出低电平
	P0 = LedChar[cnt];    //显示按键次数
	
	while(1)
	{
		if(KeySta != backup)         //当前值与前次值不相等说明此时有动作
		{
			if(backup == 0)          //如果前次值为0，则说明是弹起动作
			{
				cnt++;               //按键次数加1
				if(cnt >= 10)
				{
					cnt = 0;         //10次清0
				}
 				P0 = LedChar[cnt];
			}
			backup = KeySta;         //更新备份为当前值
		}

	}
}
/*T0中断服务函数，用于按键状态的扫描并消抖*/
void InterruptTimer0() interrupt 1
{
	static unsigned char keybuf =0xff;  //扫描缓冲区，保存一段时间内的扫描值
	TH0 = 0xf8;                         //重新加载初值
	TL0 = 0xcd;
	keybuf= (keybuf<<1) |KEY4;          //缓冲区左移一位，并将当前扫描值移入最低位
	if(keybuf == 0x00)                  //连续8次扫描值都为0，16ms内状态不变，即按键已按下
	{
		KeySta = 0;
	}
	else if(keybuf == 0xff)             //连续8次扫描值都为1，16ms内状态不变，即按键已弹起
	{
		KeySta = 1;
	}
	else                                //其他情况则按键状态还未稳定
	{}	
}

 

定时器轮休的方式，根据采样次数来区分长按还是短按
1.当按下键1的时候，就不断的计数，直到你放手电压值变化，再根据计数的次数判断上报长按还是短按的功能
没有按键的时候采样率为HZ/4，采样是HZ/40
 
static void  lradc1_data_function(unsigned long data)

 {

         volatile unsigned int  reg_val;

         static int key_pressed = -1, count = 0;

     int delay = HZ/40;

         reg_val = readl(KEY_BASSADDRESS+LRADC_DATA1);

 //       printk("[lkj]  second lradc data1 =0x%x, s_headset_plug=%d \n", reg_val, s_headset_plug);

         //because recorder app close this, so ....

         writel( readl(baseaddr+0x28) | (1<<27),(baseaddr+(0x28)));

         writel( readl(baseaddr+0x28) | (1<<29),(baseaddr+(0x28)));


         if(s_first_headset_plug != 1 || s_mic_type != 1) {

                 mod_timer(&mic_data->timer, jiffies +  HZ/4);

                 printk("[lkj] input key hook key return \n");

                 return ;

         }

     if (reg_val >=0 && reg_val < 0x5 )

     {

             // hook key

             if (key_pressed == 0)

                 count++;

             else {

                 key_pressed = 0;

                 count = 0;

             }

             

             if (count > 5)

             {

                              sw_pressed[0] = 1;

                  input_report_key(sun4ikbd_dev, HOOK_KEY, 1);

                  input_sync(sun4ikbd_dev);

                  printk("[lkj] input key sw1 down \n");

                  count = 0;

             }


     

     

     }

     else if( reg_val >= 0x6 && reg_val <= 0xb  )  //根据电压值采取不同按键

     {

         // sw2

             if (key_pressed == 1)  //计数为了减小误触以及实现短按长按的功能

                 count++;

             else {

                 key_pressed = 1;

                 count = 0;

             }

             

             if (count > 5)   //计数到大于5时，有2种情况出现

             {

                              sw_pressed[1] = 1;

              //    printk("[lkj] input key sw2 down \n");

             }


     }

     else if ( reg_val >= 0xf && reg_val < 0x1f )

     {

         // sw3

              if (key_pressed == 2)

                 count++;

             else {

                 key_pressed = 2;

                 count = 0;

             }

             

             if (count > 5)

             {

                              sw_pressed[2] = 1;

            //      printk("[lkj] input key sw3 down \n");

             }


    }

     else if ( reg_val >= 0x34) {//大于0x34时，根据count的次数判断长按还是短按，并上报不同的功能

         key_pressed = -1;

                 if (sw_pressed[0])

                 {

                         sw_pressed[0] = 0;

                         input_report_key(sun4ikbd_dev, HOOK_KEY, 0);

                         input_sync(sun4ikbd_dev);

             //            printk("[lkj] input key sw1 up \n");

                 }

                 if (sw_pressed[1])

                 {

                         sw_pressed[1] = 0;

             if (count > 20){

                          input_report_key(sun4ikbd_dev,KEY_NEXTSONG,1);

                          input_sync(sun4ikbd_dev);

                          input_report_key(sun4ikbd_dev, KEY_NEXTSONG, 0);

                          input_sync(sun4ikbd_dev);

             

             }//long

              else{

              

                         input_report_key(sun4ikbd_dev, KEY_VOLUMEUP, 1);

                         input_sync(sun4ikbd_dev);

                         input_report_key(sun4ikbd_dev, KEY_VOLUMEUP, 0);

                         input_sync(sun4ikbd_dev);

              

              }//     shot


                 }

                 if (sw_pressed[2])

                 {

                         sw_pressed[2] = 0;

             if (count > 20){

                          input_report_key(sun4ikbd_dev,KEY_PREVIOUSSONG,1);

                          input_sync(sun4ikbd_dev);

                          input_report_key(sun4ikbd_dev, KEY_PREVIOUSSONG, 0);

                          input_sync(sun4ikbd_dev);

             

             }//long

              else{

              

                         input_report_key(sun4ikbd_dev, KEY_VOLUMEDOWN, 1);

                         input_sync(sun4ikbd_dev);

                         input_report_key(sun4ikbd_dev, KEY_VOLUMEDOWN, 0);

                         input_sync(sun4ikbd_dev);

              

              }//     shot

                 }

         count = 0;

         delay = HZ/4;

  }

目录

一、按键状态机的作用

二、按键状态机的实现

1、按键状态机的宏定义

2、按键状态机的枚举与相关结构体

3、按键状态机的函数实现

一、按键状态机的作用

一般的按键状态机一般都具有以下功能：

能够判断哪个按键按下
	
能够判断按键是长按或者短按
	
能够记录对应按键按下对应的次数
实现思想：

首先，通过定时器或者查询方式等周期性查询按键状态机的状态
	
接着在按键状态机中，需要获取得到对应按下的按键，然后通过对按键的前后状态进行对比，如果没有改变，则增加按键时间。如果按键松开，则对按键结构体进行修改，将对应信息赋值给按键结构体。
使用方法：

通过不断检测按键状态机，当按键状态机改变后。通过对按键结构体的检索，可以得知按下按键的按键编号、按键时间长短、按键按下次数。
	
然后执行对应按键的功能
二、按键状态机的实现

1、按键状态机的宏定义

/* 按键key的编号 */
#define KEY_DEFAULT_NUM					0x00
#define KEY_0_NUM						0x01
#define KEY_1_NUM						0x02
#define KEY_2_NUM						0x04
#define KEY_UP_NUM						0x08
#define KEY_ALL_NUM						0xFF

/* 按键时长状态定义 */
#define KEY_PRESS_SHORT				10U

2、按键状态机的枚举与相关结构体

/* 按键状态对比 */
typedef enum
{
	No_Change = 0,
	Pressed_State,
	Release_State,

}exKeyCompareStateEnum;

/* 按键按下时间长短 */
typedef enum
{
	Key_State_Default = 0,
	Key_State_Short,
	Key_State_Long,

}exKeyStateEnum;

/* 按键结构体 */
typedef struct
{
	uint8_t ucKeyNum;	/* 按键编号 */
	uint8_t ucKeyState;	/* 按键时长状态 */
	uint8_t ucKeyCount; /* 按键次数 */

}exKeyTypeDef;


3、按键状态机的函数实现

/**
 * 按键状态机
 * @para 	ucKeyNum: 需要检测的按键编号
 * @retval	0: 状态未改变 	1: 状态改变
 */
uint8_t ucKeyMachine(uint8_t ucKeyNum)
{
	static uint8_t ucNewKeyNum = 0, ucOldKeyNum = 0;
	static uint8_t ucKeyPressedTime = 0;
	static uint8_t ucEndFlag = 0;
	uint8_t ucKeyState = No_Change;

	/* 对应按键编号的按键状态 */
	ucNewKeyNum = ucKeyScan(ucKeyNum);

	/* 新按键状态 判断与处理 */
	ucKeyState = ucKeyStateCompare(ucNewKeyNum, ucOldKeyNum);
	switch(ucKeyState)
	{
	case No_Change: 	ucKeyPressedTime++;  break;								/* 按键状态改变,则增加按键时间 */
	case Pressed_State: ucOldKeyNum = ucNewKeyNum; ucKeyPressedTime = 0; break;	/* 按键按下,则更改按键缓存,并且将按键时间置0 */
	case Release_State: ucEndFlag = 1; break;									/* 按键松开,则进入按键结束 */
	}

	/* 按键结束 */
	if(ucEndFlag == 1)
	{
		/* 更新按键次数 */
		if(ex_KeyHandle.ucKeyNum == ucOldKeyNum)
			ex_KeyHandle.ucKeyCount++;
		else
		{
			ex_KeyHandle.ucKeyNum = ucOldKeyNum;
			ex_KeyHandle.ucKeyCount = 0;
		}

		/* 更新按键状态时长 */
		if(ucKeyPressedTime >= KEY_PRESS_SHORT)
			ex_KeyHandle.ucKeyState = Key_State_Long;
		else
			ex_KeyHandle.ucKeyState = Key_State_Short;

		/* 参数初始化 */
		ucEndFlag = 0;
		ucOldKeyNum = 0;
		ucKeyPressedTime = 0;

		return 1;
	}

	return 0;
}


/**
 * 按键扫描
 * @para 	ucKeyNum: 按键编号
 * @retval 	ucPressedKeyNum: 返回对应按下按键的编号, 未按下则返回 0
 */
uint8_t ucKeyScan(uint8_t ucKeyNum)
{
	uint8_t ucPressedKeyNum = 0;

	if(ucKeyNum & KEY_0_NUM)
	{
		if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_PORT, KEY_0_PIN) == GPIO_PIN_RESET)
			ucPressedKeyNum |= KEY_0_NUM;
	}

	if(ucKeyNum & KEY_1_NUM)
	{
		if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_PORT, KEY_1_PIN) == GPIO_PIN_RESET)
			ucPressedKeyNum |= KEY_1_NUM;
	}

	if(ucKeyNum & KEY_2_NUM)
	{
		if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_PORT, KEY_2_PIN) == GPIO_PIN_RESET)
			ucPressedKeyNum |= KEY_2_NUM;
	}

	if(ucKeyNum & KEY_UP_NUM)
	{
		if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_UP_PORT, KEY_UP_PIN) == GPIO_PIN_SET)
			ucPressedKeyNum |= KEY_UP_NUM;
	}

	return ucPressedKeyNum;
}


/**
 * 按键状态前后对比函数
 * @para 	ucNewKeyNum: 新键值状态
 * @para 	ucOldKeyNum: 旧键值状态
 * @retval 	返回对应键值改变的状态
 */
uint8_t ucKeyStateCompare(uint8_t ucNewKeyNum, uint8_t ucOldKeyNum)
{
	if(ucNewKeyNum == ucOldKeyNum)
		return No_Change;
	else if((ucNewKeyNum & ucOldKeyNum) == ucOldKeyNum)
		return Pressed_State;
	else
		return Release_State;
}